CN115351519B - 一种高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法 - Google Patents
一种高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,属于核电装备技术领域,包括板材定尺剪切;板材卷制成型;钢管焊接;整圆,焊缝修磨,酸洗钝化和检验;钢管冷拔或冷轧;对钢管进行清洁,检验;钢管表面机加、定切,检验合格等步骤。本发明通过对成型、焊接、整圆工艺的研究和优化,从源头控制UNS NO6625内筒产品质量。通过对冷拔或冷轧参数的调整和优化,既能确保UNS NO6625内筒产品的尺寸精度,又能在提高其内外表面质量同时将最终成品机加余量降到最低,解决了UNS NO6625内筒原采用二段无缝管拼焊制造,生产道次多,生产周期长,生产成本高等问题。
Description
技术领域
本发明属于核电装备技术领域,特别是涉及一种镍铬钼铌合金(UNS NO6625)高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法。
背景技术
高温气冷堆是用氦气作冷却剂,出口温度高的核反应堆。在国家“863”计划的支持下,自上世纪八十年代中期,中国开展了高温气冷堆的研究、开发,属于第四代先进核能系统的技术之一。而蒸汽发生器是高温气冷堆最关键的设备之一,承担着核电站一、二回路的换热及隔离功能,而蒸发器中承担热交换功能的就是其最核心部件——换热单元。每个蒸发器由19个换热单元构成,每个换热单元由螺旋管束(35根),内筒、外筒以及支撑结构构成。换热管采用螺旋管式结构,每个换热单元共有5层螺旋管式换热管,由内向外层层套装而成,内筒在整个换热单元最内层,所以也叫中心筒,对换热管束起到支承作用,同时与换热单元外筒一起构成一回路氦气流动的通道。
内筒的材料为UNS NO6625材料,是以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化型镍基合金,该合金具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能,从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能。由于该材料的室温屈服强度很高,实际高达500MPa,加之UNS NO6625材料的热成型温度范围区间很窄,同时考虑外径尺寸大于260mm,属于大口径管材,所以高温气冷堆示范工程采用的是热挤压成型,需用大型的挤压机,制造费用昂贵,且内筒长度高达8000mm以上,无法一次挤压成型,由两段无缝管拼焊而成,制造流程长。随着国内高温气冷堆商业堆的开工建设,换热单元用内筒需求量增加,生产周期紧,为推广应用需降低制造成本,故传统的换热单元用内筒的制造工艺已不能满足要求。
发明内容
本发明目的在于针对现有的热挤压成型,两段无缝管拼焊的内筒存在的缺陷,提供一种产品尺寸精度高、表面质量好、组织性能稳定、实用性强,生产周期短,制造成本低,利于批量性生产的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法。
本发明为实现上述目的,采用如下技术方案:
一种高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)根据成品内筒尺寸对镍铬钼铌合金板材进行定尺剪切;
(2)将板材卷制成成品内筒形状;
(3)对钢管进行焊接;
(4)对钢管进行整圆,焊缝修磨,酸洗钝化和检验;
(5)对检验合格的钢管进行冷拔或冷轧;
(6)对钢管进行清洁,检验;
(7)对钢管进行表面机加、定切,检验合格,完成制备。
本发明通过对板材进行卷弯后焊接成焊管,再通过冷拔或冷轧进行修型,最终机加成型的方式制备内筒。无需采用大型挤压机热挤压成型无缝管,再由两段无缝管拼焊。减少了设备的投入,同时也提高了生产效率,制造成本低,且产品尺寸精度高、表面质量好、组织性能稳定。
优选的:所述步骤(5)中采用冷拔工艺,冷拔变形量控制在0.6-1%,延伸系数≦1.01,冷拔速度0.28-1.2m/min。小变形量的冷拔修型,对于冷拔设备要求较低,既能确保内筒产品的尺寸精度,又能提高其内外表面质量同时将最终成品机加余量降到最低。
进一步的:成品内筒长度8000-10000mm;外径: 260-350mm;壁厚:8-15mm;圆柱度:0.5-1mm;直线度:整长≦1mm。
优选的:所述步骤(1)中板材定尺剪切尺寸,根据中间品焊管尺寸与过程成型余量、焊接余量、顶径余量、铣边余量等因素测算,板材宽度比成品内筒展开宽度多5-10mm,厚度比成品内筒壁厚厚1-2mm。
优选的:所述步骤(1)定尺剪切后对板材采用单边V型坡口铣边,坡口控制在25-27°,直边厚度控制在5.5-6.5mm。
其进一步特征还在于:所述步骤(2)中卷制成型采用JCO成型(预弯/折弯/卷管)。由于成品内筒具有管径大,强度高,壁厚厚的特点。而JCO成型方法通过多步模弯的方式,完成管坯的成型,特别适应生产成品内筒这种大口径、高强度、厚壁钢管。
其进一步特征还在于:所述步骤(3)中钢管焊接先进行合缝点焊;再进行自动焊接。
成型后钢管施焊前清理坡口两侧20mm范围内的有害杂质、异物等,并用丙酮擦拭处理,点焊采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)方式,焊缝控制在0.5-1mm。自动焊接采用PAW(等离子弧焊)方式,焊接电流控制在250-300A,焊接电压控制在22-37V,焊接速度控制在120-320mm/min,送丝速度控制在500-3000mm/min,保护气Ar+H2流量控制在15-25L/min,离子气流量控制在5-10L/min,层间温度控制在100℃,内焊缝余高≦1.5mm。
进一步的:所述步骤(4)中检验项目包括无损射线内部探伤检验,表面缺陷检验,尺寸检验,包括屈服强度、抗拉强度、伸长率的物理指标检验,和包括碳、硅、锰、硫、磷微量元素的化学成分指标检验。
优选的:所述步骤(5)中冷拔或冷轧前先对钢管进行润滑和烘烤;润滑工序润滑剂采用通过过滤后沉淀干燥到含水量20-40%的石灰与3#工业钙基脂按10:2.0-10:2.5比例配制,充分搅拌60min以上,使之呈均匀、没有油球存在的胶体状,按胶状体与水≦1:3的配比稀释搅拌10min以上,外表面涂覆均匀;烘烤时温度控制在80℃以下,时间为30-40min。
本发明采用板材卷弯后焊接成焊管,再通过小变形量冷拔或冷轧修型,最终机加成型的方式制备内筒。该方法通过对JCO成型、焊接、整圆工艺的研究和优化,从源头控制UNS NO6625内筒产品质量。通过对冷拔或冷轧参数的调整和优化,既能确保UNS NO6625内筒产品的尺寸精度,又能在提高其内外表面质量同时将最终成品机加余量降到最低,解决了UNS NO6625内筒原采用二段无缝管拼焊制造,生产道次多,生产周期长,生产成本高等问题。
采用本发明的方法制备出的内筒尺寸精度如下:长度8000-10000mm;外径: 260-350mm;壁厚:8-15mm;圆柱度:0.5-1mm;弯曲度:整长≦1mm。该方法生产的产品尺寸精度高、表面质量好、组织性能稳定、实用性强,生产周期短,制造成本低,利于批量性生产。
附图说明
图 1 为本发明实施例镍铬钼铌合金(UNS NO6625)高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制造工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示,一种镍铬钼铌合金(UNS NO6625)高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,具体包括以下步骤:
(一)原材料的准备,根据成品尺寸对板材进行定尺剪切:
对镍铬钼铌合金板材定切宽度885mm,厚度11.4-11.9mm,长度8600mm。
(二)将步骤(一)所得的板材进行铣边:
坡口形式为单边V型,角度25°,直边厚度6mm。
(三)将步骤(二)所得的板材进行JCO成型(预弯/折弯/卷管)至成品形状。
(四)将步骤(三)所得的钢管进行合缝点焊,焊缝清洗:
成型后钢管施焊前清理坡口两侧20mm范围内的有害杂质、异物等,并用丙酮擦拭处理,焊缝控制在0.9mm,点焊采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)方式。
(五)将步骤(四)所得的钢管进行自动焊接:
固定焊接采用PAW(等离子弧焊)方式,焊接电流控制在270A,焊接电压控制在28V,焊接速度控制在170mm/min,送丝速度控制在2000mm/min,保护气Ar+H2流量控制在15L/min,离子气流量控制在8L/min,层间温度控制在100℃,过程焊缝不存在裂缝、未熔合、气孔、焊瘤、弧坑、未焊透、咬边等缺陷,内外焊缝余高为1.1mm。
(六)将步骤(五)所得的钢管进行校直、整圆,焊缝修磨,酸洗钝化:
钢管整圆后外径为283.2±0.5mm,直线度为整长≦1mm,内外焊缝修磨后与母材齐平且圆滑过渡。
(七)将步骤(六)所得的钢管进行无损射线内部探伤检验,表面缺陷检验,内外径、壁厚等尺寸检验,包括屈服强度、抗拉强度、伸长率的物理指标检验,和包括碳、硅、锰、硫、磷微量元素的化学成分指标检验。
无损射线检验合格后的钢管尺寸检验外径为283.2±0.5mm,壁厚为 11.4-11.9mm,直线度整长≦1mm。
(八)将步骤(七)所得的检验合格的钢管进行润滑、烘烤、冷拔:
润滑剂采用通过过滤后沉淀干燥到含水量20-40%的石灰与3#工业钙基脂按10:2.0-10:2.5比例配制,充分搅拌60min以上,使之均匀、没有油球存在的胶体状,与水按≦1:3的配比稀释搅拌10min以上,外表面涂覆均匀;烘烤时温度控制在80℃以下,时间为30-40min。
检验合格的钢管润滑冷拔至外径281mm,冷拔变形量控制在0.6-0.8%,延伸系数为1.006-1.008,冷拔速度为0.4m/min。
(九)将步骤(八)所得的钢管进行清洁。
(十)将步骤(九)所得的钢管进行表面缺陷检验、内外径、壁厚等尺寸检验,和理化性能检验。
清洁后的钢管尺寸检验外径为281-281.5mm,壁厚为 11.4-11.9mm,直线度整长≦1mm。
(十一)将步骤(十)所得的钢管进行表面机加、定切:
通过1mm机加去除量,直线度整长≦0.5mm,表面无缺陷存在。
(十二)将步骤(十一)所得的钢管进行成品无损探伤检验,表面缺陷检验,内外径、壁厚等尺寸检验,合格后进行包装入库。
通过机加后无损探伤合格的钢管尺寸检验长度为8458mm,外径为280-280.4mm,壁厚为 10.9-11.4mm,直线度整长≦0.5mm,内径为257.1-257.7mm。
另一种方法,可以将步骤(八)冷拔工艺替换为冷轧工艺,变形量和延伸系数参考冷拔工艺。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:成品内筒长度8000-10000mm;外径:260-350mm;壁厚:8-15mm;圆柱度:0.5-1mm;直线度:整长≦1mm;
包括以下步骤:
(1)根据成品内筒尺寸对镍铬钼铌合金板材进行定尺剪切;
(2)将板材卷制成成品内筒形状;
(3)对钢管进行焊接;
(4)对钢管进行整圆,焊缝修磨,酸洗钝化和检验;
(5)对检验合格的钢管进行冷拔或冷轧;冷拔工艺变形量控制在0.6-1%,延伸系数≦1.01,冷拔速度为0.28-1.2m/min;
(6)对钢管进行清洁,检验;
(7)对钢管进行表面机加1mm去除量、定切,检验合格,完成制备。
2.如权利要求1所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中板材的定尺剪切尺寸,板材宽度比成品内筒展开宽度大5-10mm,厚度比成品内筒壁厚厚1-2mm。
3.如权利要求1所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)定尺剪切后对板材采用单边V型坡口铣边,坡口控制在25-27°,直边厚度控制在5.5-6.5mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中卷制成型采用JCO成型。
5.如权利要求1-3任一项所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中钢管焊接先进行合缝点焊,再进行自动焊接。
6.如权利要求5所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述点焊采用钨极惰性气体保护焊方式,焊缝控制在0.5-1mm;自动焊接采用等离子弧焊方式,焊接电流控制在250-300A,焊接电压控制在22-37V,焊接速度控制在120-320mm/min,送丝速度控制在500-3000mm/min,保护气Ar+H2流量控制在15-25L/min,离子气流量控制在5-10L/min,层间温度控制在100℃,内焊缝余高≦1.5mm。
7.如权利要求1-3任一项所述的高温气冷堆蒸发器换热单元用内筒的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中检验项目包括无损射线内部探伤检验,表面缺陷检验,尺寸检验,包括屈服强度、抗拉强度、伸长率的物理指标检验,和包括碳、硅、锰、硫、磷微量元素的化学成分指标检验。
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